Двухлинейный набор элементов
Двухстрочный набор элементов ( TLE или реже 2LE ) или трехстрочный набор элементов ( 3LE ) — это формат данных , кодирующий список орбитальных элементов объекта, вращающегося вокруг Земли, для данного момента времени, эпохи . Используя подходящую формулу прогнозирования, состояние (положение и скорость) в любой момент прошлого или будущего можно оценить с некоторой точностью. Представление данных TLE специфично для упрощенных моделей возмущений (SGP, SGP4 , SDP4 , SGP8 и SDP8), поэтому любой алгоритм, использующий TLE в качестве источника данных, должен реализовать одну из моделей SGP для правильного расчета состояния в интересующий момент. . TLE могут описывать траектории только объектов, вращающихся вокруг Земли. TLE широко используются в качестве входных данных для прогнозирования будущих орбитальных траекторий космического мусора в целях характеристики «будущих событий с мусором для поддержки анализа рисков , анализа сближения, маневрирования по предотвращению столкновений » и судебно-медицинского анализа . [ 1 ] [ 2 ]
Формат изначально предназначался для перфокарт , кодируя набор элементов на двух стандартных картах по 80 столбцов . Этот формат в конечном итоге был заменен текстовыми файлами , поскольку системы перфокарт устарели, при этом каждый набор элементов записывался в две строки ASCII по 69 столбцов , которым предшествовала строка заголовка. отслеживают Космические силы США все обнаруживаемые объекты на околоземной орбите, создавая соответствующий TLE для каждого объекта, и публикуют TLE для многих космических объектов на веб-сайтах Space Track и Celestrak. [ 3 ] [ 4 ] сокрытие или запутывание данных о многих военных или секретных объектах . Формат TLE является фактическим стандартом распределения элементов орбиты объекта, вращающегося вокруг Земли.
Набор TLE может включать строку заголовка, предшествующую данным элемента, поэтому каждый список может занимать три строки в файле, и в этом случае TLE называется набором трехстрочных элементов ( 3LE ), а не двухстрочным набором элементов. набор элементов ( 2LE ). Заголовок не является обязательным, поскольку каждая строка данных включает уникальный код идентификатора объекта.
История
[ редактировать ]В начале 1960-х годов Макс Лейн разработал математические модели для прогнозирования местоположения спутников на основе минимального набора элементов данных. В его первой статье по этой теме, опубликованной в 1965 году, была представлена Аналитическая теория сопротивления, которая в первую очередь касалась эффектов сопротивления, вызванного сферически симметричной невращающейся атмосферой. [ 5 ] Вместе с К. Крэнфордом они в 1969 году опубликовали улучшенную модель, в которую добавлены различные гармонические эффекты, возникающие из-за взаимодействия Земли, Луны и Солнца, а также различных других факторов. [ 6 ]
Модели Лейна широко использовались военными и НАСА, начиная с конца 1960-х годов. Усовершенствованная версия стала стандартной моделью NORAD в начале 1970-х годов, что в конечном итоге привело к созданию формата TLE. В то время существовало два формата, разработанных для перфокарт : «внутренний формат», в котором использовались три карты, кодирующие полную информацию о спутнике (включая имя и другие данные), и «формат передачи» двух карт, в котором перечислялись только те элементы, которые были подлежит изменению. [ 7 ] Последний экономил на картах и при обновлении баз выпускал колоды меньшего размера.
Крэнфорд продолжал работать над моделированием, в конечном итоге побудив Лейна опубликовать «Отчет о космосе № 2», подробно описывающий теорию общих возмущений ВВС, или AFGP4. В документе также описаны две упрощенные версии системы: IGP4, в которой использовалась упрощенная модель сопротивления, и SGP4 (Упрощенные общие возмущения), в которой использовалась модель сопротивления IGP4 вместе с упрощенной моделью гравитации. [ 8 ] Различия между тремя моделями для большинства объектов были незначительными. Год спустя был выпущен отчет Spacetrack № 3 , включающий полный исходный код FORTRAN для модели SGP4. [ 9 ] Это быстро стало де-факто стандартной моделью как в промышленности, так и в области астрономии.
Вскоре после публикации Отчета №3 НАСА начало публиковать элементы для множества видимых и других хорошо известных объектов в своих периодических Бюллетенях прогнозов НАСА , которые состояли из данных формата передачи в печатной форме. После попыток в течение некоторого времени убедить НАСА опубликовать их в электронной форме, Т.С. Келсо взял дело в свои руки и начал вручную копировать списки в текстовые файлы, которые он распространял через свою CelesTrak систему досок объявлений . Это выявило проблему в системе контрольных сумм НАСА , которая восходит к отсутствию знака плюс (+) на телетайпах , используемых в НАСА, что в конечном итоге оказалось проблемой эпохи перфокарт, которая произошла, когда НОРАД обновился с BCD в EBCDIC Набор символов на компьютере, отправляющем обновления. Эта проблема исчезла, когда Келсо начал получать данные напрямую от НОРАД в 1989 году. [ 10 ]
Позже модель SGP4 была расширена за счет исправлений для объектов дальнего космоса, создав SDP4, в которой использовались те же входные данные TLE. За прошедшие годы был создан ряд более совершенных моделей прогнозирования, но они не получили широкого распространения. Это связано с тем, что TLE не содержит дополнительной информации, необходимой для некоторых из этих форматов, что затрудняет поиск элементов, необходимых для использования преимуществ улучшенной модели. Более тонко, данные TLE обрабатываются таким образом, чтобы улучшить результаты при использовании с моделями серии SGP, что может привести к тому, что прогнозы других моделей будут менее точными, чем прогнозы SGP при использовании с обычными TLE. Единственная новая модель, получившая широкое распространение, — это SGP8/SDP8, которые были разработаны для использования тех же входных данных и представляют собой относительно небольшие поправки к модели SGP4.
Формат
[ редактировать ]Первоначально в моделях SGP использовались два формата данных: один содержал полную информацию об объекте, известный как «внутренний формат», а второй, известный как «формат передачи», использовался для обновления этих данных.
Во внутреннем формате использовались три перфокарты по 80 столбцов. Каждая карта начиналась с номера карты 1, 2 или 3 и заканчивалась буквой «G». По этой причине систему часто называли «форматом G-карты». Помимо элементов орбиты, G-карта включала в себя различные флаги, такие как страна запуска и тип орбиты (геостационарная и т. д.), расчетные значения, такие как высота перигея и визуальная звездная величина, а также поле комментариев из 38 символов.
Формат передачи по сути представляет собой урезанную версию формата G-card, из которой удаляются любые данные, которые не подлежат регулярному изменению, или данные, которые можно рассчитать с использованием других значений. Например, высота перигея по G-карте не учитывается, поскольку ее можно рассчитать на основе других элементов. Остаётся набор данных, необходимый для обновления исходных данных G-карты по мере проведения дополнительных измерений. Данные умещаются в 69 столбцов и не содержат завершающих символов. TLE — это просто данные формата передачи, отображаемые как текст ASCII.
Пример TLE для Международной космической станции :
ISS (ZARYA) 1 25544U 98067A 08264.51782528 -.00002182 00000-0 -11606-4 0 2927 2 25544 51.6416 247.4627 0006703 130.5360 325.0288 15.72125391563537
Смысл этих данных следующий: [ 11 ]
Строка заголовка (необязательно)
[ редактировать ]
| Поле | Столбцы | Содержание | Пример |
|---|---|---|---|
| 1 | 01–24 | Название спутника | МКС(ЗАРЯ) |
Если он присутствует, TLE представляет собой набор трехстрочных элементов ( 3LE ).
В противном случае TLE представляет собой набор двухстрочных элементов ( 2LE ).
Линия 1
[ редактировать ]
| Поле | Столбцы | Содержание | Пример |
|---|---|---|---|
| 1 | 01 | Номер строки | 1 |
| 2 | 03–07 | Каталожный номер спутника | 25544 |
| 3 | 08 | Классификация (U: несекретно, C: засекречено, S: секретно) [ 12 ] | В |
| 4 | 10–11 | Международный обозначение (последние две цифры года запуска) | 98 |
| 5 | 12–14 | Международный обозначение (номер запуска года) | 067 |
| 6 | 15–17 | Международный обозначение (часть запуска) | А |
| 7 | 19–20 | Год эпохи (последние две цифры года) | 08 |
| 8 | 21–32 | Эпоха (день года и дробная часть суток) | 264.51782528 |
| 9 | 34–43 | Первая производная среднего движения ; баллистический коэффициент [ 13 ] | -.00002182 |
| 10 | 45–52 | Вторая производная среднего движения (предполагается десятичная точка) [ 13 ] | 00000-0 |
| 11 | 54–61 | B * , коэффициент сопротивления или коэффициент радиационного давления (предполагается десятичная точка) [ 13 ] | -11606-4 |
| 12 | 63–63 | Тип эфемерид (всегда ноль; используется только в нераспределенных данных TLE) [ 14 ] | 0 |
| 13 | 65–68 | Номер набора элементов. Увеличивается при создании нового TLE для этого объекта. [ 13 ] | 292 |
| 14 | 69 | Контрольная сумма ( по модулю 10) | 7 |
Линия 2
[ редактировать ]
| Поле | Столбцы | Содержание | Пример |
|---|---|---|---|
| 1 | 01 | Номер строки | 2 |
| 2 | 03–07 | Каталожный номер спутника | 25544 |
| 3 | 09–16 | Наклон (градусы) | 51.6416 |
| 4 | 18–25 | Прямое восхождение восходящего узла (градусы) | 247.4627 |
| 5 | 27–33 | Эксцентриситет (предполагается десятичная точка) | 0006703 |
| 6 | 35–42 | Аргумент перигея (градусы) | 130.5360 |
| 7 | 44–51 | Средняя аномалия (градусы) | 325.0288 |
| 8 | 53–63 | Среднее движение (оборотов в день) | 15.72125391 |
| 9 | 64–68 | Число революций в эпоху (оборотов) | 56353 |
| 10 | 69 | Контрольная сумма (по модулю 10) | 7 |
Там, где предполагаются десятичные точки, они являются ведущими десятичными точками. Последние два символа в полях 10 и 11 первой строки обозначают степень 10, применимую к предыдущей десятичной дроби. Так, например, Поле 11 (-11606-4) преобразуется в -0,11606E-4 (-0,11606×10 −4 ).
Контрольные суммы для каждой строки рассчитываются путем сложения всех числовых цифр в этой строке, включая номер строки. К контрольной сумме добавляется единица за каждый отрицательный знак (-) в этой строке. Все остальные нецифровые символы игнорируются.
Для тела на типичной низкой околоземной орбите точность, которую можно получить с помощью модели орбиты SGP4, составляет порядка 1 км в пределах нескольких дней эпохи набора элементов. [ 15 ] Термин «низкая орбита» может относиться либо к высоте (минимальной или глобальной), либо к периоду обращения тела. Исторически сложилось так, что алгоритмы SGP определяют низкую орбиту как орбиту продолжительностью менее 225 минут.
Двузначные годы эпохи от 57 до 99 соответствуют 1957–1999 годам, а от 00 до 56 соответствуют 2000–2056 годам. [ 16 ]
Максимальное количество номеров спутникового каталога, которое может быть закодировано в TLE, быстро приближается с недавней коммерциализацией космоса и несколькими ключевыми событиями распада, которые создали огромное количество объектов мусора. Предполагалось, что будущие адаптации TLE расширят количество кодируемых спутников в TLE. [ 17 ]
Ссылки
[ редактировать ]- ^ Каррико, Тимоти; Каррико, Джон; Поликастри, Лиза; Лукс, Майк (2008). «Исследование событий орбитального мусора с использованием численных методов с распространением по орбите модели полной силы» (PDF) . Американский институт аэронавтики и астронавтики (AAS 08–126). Архивировано из оригинала (PDF) 4 декабря 2014 г.
- ^ «Space-Track.org» . www.space-track.org . Командование космического компонента объединенных сил . Проверено 7 ноября 2023 г.
- ^ «Знакомство и вход в Space-Track.Org» . Space-track.org . Проверено 28 ноября 2014 г.
- ^ «Домашняя страница Celestrak» . Celestrak.com . Проверено 28 ноября 2014 г.
- ^ Валладо, Дэвид; Кроуфорд, Пол; Хуйсак, Ричард; Келсо, Т.С. (2006). «Возвращение к отчету о космосе № 3» (PDF) . Американский институт аэронавтики и астронавтики .
- ^ Лейн, Макс; Крэнфорд, Кеннет (1969). «Улучшенная аналитическая теория сопротивления для проблемы искусственного спутника». АИАА . OCLC 122930989 .
- ^ Форма ADCOM 2012 (PDF) (Технический отчет).
- ^ Лейн, Макс; Хутс, Феликс (декабрь 1979 г.). Общие теории возмущений, основанные на теории сопротивления полосы движения 1965 года (PDF) (Технический отчет). Проект «Космический трек», Командование воздушно-космической обороны. Архивировано (PDF) из оригинала 9 июля 2015 г.
- ^ Хутс, Феликс; Рерих, Рональд (декабрь 1980 г.). Модели распространения наборов элементов NORAD (PDF) (Технический отчет). Проект «Космический трек», Командование воздушно-космической обороны.
- ^ Келсо, Тед (январь 1992 г.). «Спор о контрольной сумме двухстрочного набора элементов» . СелесТрак .
- ^ «Космический трек» . Space-track.org . Проверено 28 ноября 2014 г.
- ^ «Файл набора двухстрочных орбитальных элементов Norad» . ai-solutions.com . Проверено 03 сентября 2019 г.
- ^ Перейти обратно: а б с д «НАСА, Определение системы координат набора двухлинейных элементов » . Spaceflight.nasa.gov. Архивировано из оригинала 1 марта 2000 года . Проверено 28 ноября 2014 г.
- ^ "CelesTrak: "Часто задаваемые вопросы: формат набора двухстрочных элементов" " . celestrak.com . Проверено 03 сентября 2019 г.
- ^ Келсо, Т.С. (29 января 2007 г.). «Проверка SGP4 и IS-GPS-200D на соответствие эфемеридам точности GPS» . Celestrak.com . Проверено 28 ноября 2014 г.
Документ AAS 07-127, представленный на 17-й конференции AAS/AIAA по механике космических полетов, Седона, Аризона.
- ^ «Часто задаваемые вопросы: формат набора элементов из двух строк» . СелесТрак.
- ^ «CelesTrak: новый способ получения данных общей практики» . celestrak.com . Проверено 29 июля 2020 г.
Гравитационные орбиты |
|---|
